فهم الألياف والمنسوجات الموصلة المضادة للكهرباء الساكنة

خلاصة. تتناول هذه المقالة بشكل أساسي مبادئ وأساليب المواد النسيجية المضادة للكهرباء الساكنة، وتُعرّف بأنواع الألياف المضادة للكهرباء الساكنة وطرق إنتاجها، بالإضافة إلى طرق إنتاج الأقمشة المضادة للكهرباء الساكنة ومعايير اختبارها. تقدم شركة BEGOODTEX لهب مضاد للكهرباء الساكنة عالي الأداءأقمشة مقاومة للاشتعالوالتي تستخدم على نطاق واسع في الملابس الواقية الصناعية وغيرها من المجالات.

1. ملخص

آلية توليد الكهرباء الساكنة

تختلف قوة جذب إلكترونات طبقة التكافؤ (المعروفة بالكهرسلبية) باختلاف الذرات المكونة للمواد النسيجية. تجذب المواد ذات الكهرسلبية العالية إلكترونات التكافؤ من المواد ذات الكهرسلبية المنخفضة، مما يؤدي إلى انتقالها نحوها، وبالتالي تحمل بعض المواد شحنات موجبة وأخرى شحنات سالبة. تُسمى عملية توليد الشحنة الكهربائية في المادة بالتكهرب. ونظرًا لاختلاف الظروف والبيئات، يمكن توليد الشحنات على سطح المواد أو تبديدها. عند الوصول إلى حالة التوازن، إذا لم تكن المادة متعادلة كهربائيًا، تُسمى الشحنة التي تحملها بالشحنة الساكنة. يُطلق على شحن المواد والسلوك الناتج عنه اسم الظواهر الكهروستاتيكية.

أثناء إنتاج ومعالجة واستخدام الألياف ومنتجاتها، تتولد الكهرباء الساكنة بسبب عوامل مثل الاحتكاك والتمدد والضغط والتقشير والحث الكهربائي والتجفيف بالهواء الساخن.

مخاطر الكهرباء الساكنة

1. يؤثر على أداء الملابس عند ارتدائها

قد تتسبب الكهرباء الساكنة المتولدة من الملابس المصنوعة من مواد مختلفة في تشابكها، مما يجعل ارتدائها غير مريح. ونظرًا لشدة الكهرباء الساكنة المتولدة من الملابس المصنوعة من الألياف الكيميائية، فإنها عرضة لامتصاص جزيئات الغبار ذات الشحنات المختلفة الموجودة في الهواء، مما قد يؤدي إلى تلوثها بسهولة. كما أن الملابس الاصطناعية معرضة بشكل خاص لامتصاص قشرة الرأس. ويؤدي ارتداء الملابس الاصطناعية إلى توليد جهد كهربائي ساكن عالٍ نتيجة الاحتكاك، والذي قد يتفرغ عند لمس أجسام موصلة كالمعادن أو عند مصافحة الآخرين، مما ينتج عنه شعور مزعج بصدمة كهربائية.

2. التسبب في الحوادث

عندما يرتدي الناس ملابس تجمع الشحنات الساكنة، تتسرب هذه الشحنات عبر فجوات صغيرة في الهواء لتُحدث شرارات حولهم. تمتلك هذه الشرارات طاقة كافية لإشعال أو حتى التسبب في انفجارات في الغازات القابلة للاشتعال والانفجار القريبة. وقد لوحظت حوادث مثل تسبب ملابس الناس في حوادث عند انفجار براميل البنزين أو اشتعال غرف التخدير بالإيثر في المستشفيات؛ واشتعال الغبار في المصانع؛ وتسبب الكهرباء الساكنة في فشل المظلات ووقوع إصابات.

3. يؤثر على صحة الإنسان

لا يزال تأثير الكهرباء على جسم الإنسان غير واضح للكثيرين. وتتباين الآراء حول آثارها، فمنها ما يشير إلى ارتفاع ضغط الدم، أو نقص الكالسيوم في الدم، أو حتى التسبب في حساسية الجلد. ومع ذلك، من الواضح أن دراسة استخدام الكهرباء في المواد المستخدمة في أبحاث الأعضاء الاصطناعية قد حظيت باهتمام كبير نظراً لتأثيراتها المحتملة على صحة الإنسان.

4. التأثير على جودة المنتجات النسيجية

عندما تتفكك الألياف أثناء عملية فصلها عن بعضها البعض بسبب الكهرباء في بيئة تشغيل الآلات، فإنها تتسرب إلى هياكل الآلات والأنابيب، وغيرها من المناطق، بشكل غير منتظم، مما يُسبب تفاوتًا في سُمك طبقة الألياف المنتجة، بالإضافة إلى تشابكها مع بكرات الضغط وأجزاء الآلات الأخرى، الأمر الذي يُعيق سير عملية الإنتاج بسلاسة. وفي مرحلة فرز الإنتاج، تميل الألياف المشحونة إلى التشابك مع مكونات الآلات، مما يُعطل عملية التصنيع ويؤدي إلى انبعاث غبار الألياف القصيرة في الهواء، وبالتالي التلوث.

2. مبادئ وأساليب المواد النسيجية المضادة للكهرباء الساكنة

مبدأ مقاومة الكهرباء الساكنة في المواد النسيجية

تتولد الكهرباء الساكنة عادةً بطريقتين: عن طريق التلامس، وعن طريق الحثّ الناتج عن الكهرباء الساكنة الموجودة، مما يؤدي إلى تراكم المزيد من الشحنات الساكنة. ولذلك، تشير خاصية مقاومة الكهرباء الساكنة إلى قدرة المواد على تقليل انتقال الشحنات، مما ينتج عنه تراكم أقل للكهرباء الساكنة، وبالتالي تقليل الاحتكاك أو التلامس مع الأشياء، وتحقيق تأثير مضاد للكهرباء الساكنة. وتشمل التقنيات الشائعة المستخدمة الخيارات التالية.

1. تحسين خاصية محبة الماء للألياف.

الماء موصل ممتاز للكهرباء لأنه عندما يكون النسيج أو الألياف مبللة بكمية من الماء، فإنه يسمح للشحنة بالانتشار بسرعة عبر الماء الموجود عليها، مما يقلل من احتمالية تراكم الكهرباء الساكنة بسبب قدرة الألياف العالية على امتصاص الرطوبة.

2. طريقة معادلة الشحنة

تتضمن عملية معادلة الشحنات مزج مادتين بشحنات متضادة على مقياس لموازنة الشحنات، مع اختلاف الأقطاب دون التخلص منهاtel؛ بدلاً من ذلك، فإنها تلغي الشحنات السطحية.

3. تفريغ كورونا

تتضمن طريقة التفريغ الإكليلي إعادة توجيه الكهرباء من الأقمشة دون الحاجة إلى تأريضها باستخدام أنواع مختلفة من الألياف الموصلة مثل الألياف المعدنية والألياف الكربونية أو تطبيق طلاءات موصلة مثل الكربون الأسود على الطبقة الخارجية للألياف الاصطناعية أو إنشاء غزل مركب من المركبات الكربونية أو المعدنية مع بوليمرات تشكيل الألياف لتوليد ألياف مركبة من مواد موصلة.

طرق مقاومة الكهرباء الساكنة في المنسوجات

تشمل التقنيات الشائعة الاستخدام في الإنتاج الواقعي لمنع الكهرباء بشكل أساسي رفع مستويات الرطوبة في البيئة وتعزيز موصلية المواد الليفية، حيث يتمثل النهج الأساسي في خفض مقاومة الألياف وتعزيز موصلية الألياف.

عادةً، توجد ثلاث طرق لمعالجة الشحنات الساكنة في المنسوجات. إحدى هذه الطرق تتضمن تطبيق مواد تشطيب مضادة للشحنات الساكنة على القماش.

تتضمن التقنية التالية تحسين الألياف من خلال التطعيم بالمواد ودمجها مع ألياف محبة للماء أخرى.

تُمثل الألياف الموصلة المخلوطة أو المنسوجة نوع المادة المستخدمة في هذا السياق. تعمل هذه الألياف على تعزيز قدرة النسيج على الاحتفاظ بالرطوبة وتسهيل إطلاق الكهرباء الساكنة.

في بعض الأحيان، قد لا يدوم تأثير المعالجة طويلاً أو يحدث فرقًا ملحوظًا بعد عدة غسلات في الغسالة؛ أما النهج الثالث فيمكنه معالجة مشكلة الكهرباء الساكنة في الأقمشة بشكل فعال ومستمر، وهو مناسب لأنواع محددة من الملابس الوظيفية، مثل الزي الرسمي المضاد للكهرباء الساكنة.

3. إنتاج ألياف مضادة للكهرباء الساكنة وموصلة للكهرباء

أنواع الألياف المضادة للكهرباء الساكنة والموصلة للكهرباء

بناءً على تصنيف المواد المستخدمة في الألياف، يمكن تصنيفها إلى تركيبات مضادة للكهرباء الساكنة، وأنواع معدنية، وألياف موصلة مضادة للكهرباء الساكنة تعتمد على الكربون الأسود؛ كما تعد الألياف الموصلة القائمة على البوليمر والألياف النانوية المضادة للكهرباء الساكنة المصنوعة من أكسيد المعادن أمثلة على ذلك.

1. تركيبة مضادة للكهرباء الساكنة: ألياف مضادة للكهرباء الساكنة وموصلة للكهرباء

إن عملية دمج الألياف الموصلة والكهربائية الساكنة في تركيبات مضادة للكهرباء الساكنة عملية بسيطة ولا تُغير بشكل ملحوظ الخصائص الأساسية للراتنج. يُسهّل هذا الدمج تكوين طبقة على سطح المادة، مما يُقلل بشكل فعال من مقاومتها السطحية ويُبدد بسرعة أي شحنات كهربائية ساكنة متراكمة.

2. ألياف معدنية مضادة للكهرباء الساكنة وموصلة للكهرباء

يُنتج هذا النوع من الألياف باستغلال موصلية المعادن باستخدام تقنيات مثل طريقة السحب المباشر، التي تتضمن سحب السلك المعدني بشكل متكرر عبر قالب لإطالته. وتُستخدم في هذه العملية سبائك مثل الفولاذ والنحاس والألومنيوم، بالإضافة إلى المعادن النفيسة كالذهب والفضة. وهناك طريقة أخرى تتمثل في التقطيع، حيث يُقطع المعدن إلى خيوط ويُدمج مع ألياف عادية لإنتاج منسوجات موصلة.

3. ألياف مضادة للكهرباء الساكنة وموصلة مصنوعة من الكربون الأسود

تُستخدم المواد غير العضوية مثل الكربون الأسود والجرافين غالبًا لخصائصها الساكنة والموصلة في تصنيع الألياف الموصلة من خلال عمليات مثل تطبيق طريقة التطعيم أو معالجة الألياف بالكربنة.

4. ألياف بوليمرية مضادة للكهرباء الساكنة وموصلة

تُعتبر المواد البوليمرية عادةً مواد عازلة؛ إلا أن ظهور مواد البولي أسيتيلين في سبعينيات القرن الماضي قد غيّر هذا المفهوم. ومنذ ذلك الحين، تم اكتشاف مواد موصلة أخرى قائمة على البوليمرات، مثل البولي أنيلين، مما أدى إلى طفرة في الأبحاث التي تستكشف موصلية المواد البوليمرية.

5. ألياف أكسيد المعادن النانوية المضادة للكهرباء الساكنة والموصلة

تُتيح خصائص مساحيق أكسيد المعادن الخفيفة والشفافة إمكانية إنتاج ألياف مضادة للكهرباء الساكنة ذات لون فاتح ومظهر شديد الوضوح. ومن بين طرق تصنيع الألياف الموصلة المتاحة اليوم، تبرز هذه الطريقة لكونها عصرية وواعدة.

مقارنة خصائص المواد المضافة الموصلة
أنواع الحشوات	المزايا والعيوب الرئيسية
أسود الكربون	رخيص ومستقر؛ نظرًا لأن اللون الأسود للمنتج يؤثر على مظهره، فإنه يتطلب حجمًا صغيرًا للجسيمات؛ مقاومة عالية
ألياف الكربون	يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل والإشعاع؛ قوة عالية ومعامل مرونة عالٍ؛ مقاومة كهربائية عالية وصعوبة في المعالجة
فضي	خصائص مستقرة ومقاومة منخفضة؛ سعر مرتفع ومشكلة هجرة الفضة
شعيرات أكسيد الزنك	جرعة منخفضة، ثبات جيد، ولون فاتح؛ مقاومة عالية
تيتانيا	ثبات جيد ولون فاتح؛ مقاومة عالية
ثاني أكسيد القصدير النانوي (المطعّم بالأنتيمون)	ثبات جيد، لون فاتح، حجم جسيمات صغير، شفافية عالية

إنتاج ألياف مضادة للكهرباء الساكنة وموصلة للكهرباء

1. تشطيب مضاد للكهرباء الساكنة

يمكن إنتاج الألياف المضادة للكهرباء الساكنة باستخدام تقنيتين تصنيعيتين تتضمنان استخدام عوامل مضادة للكهرباء الساكنة لتصنيف الألياف. وهما طريقة المعالجة الخارجية المضادة للكهرباء الساكنة وطريقة المعالجة الداخلية المضادة للكهرباء الساكنة.

يتضمن النهج الخارجي المضاد للكهرباء الساكنة تطبيق عامل مضاد للكهرباء الساكنة على أسطح الألياف، وهو ما يُعرف بطريقة تشطيب السطح، والتي يمكن تصنيفها إلى طرق تشطيب مضادة للكهرباء الساكنة مؤقتة ودائمة.

يتضمن تطبيق طريقة لمنع الكهرباء الساكنة إضافة عامل مضاد للكهرباء الساكنة داخل الألياف.

2. التعديل الكيميائي للألياف

في معظم الحالات، تُستخدم التفاعلات الكيميائية لتعديل ألياف النسيج بهدف إنتاج ألياف ثابتة. تتضمن الطريقة الأولى تعديلات كيميائية لإنتاج هذه الألياف، بينما تتضمن الطريقة الثانية تقنيات المزج أو التركيب لنفس الغرض.

3. ألياف موصلة مطعمة أو ممزوجة

في ستينيات القرن الماضي، ظهرت الألياف الموصلة. في البداية، كانت أليافًا عضوية موصلة مطلية بالكربون الأسود، ثم لاحقًا أصبحت أليافًا مطلية بالمعدن، على سطحها فقط. تختلف الخصائص الميكانيكية لهذه الألياف المعدنية اختلافًا ملحوظًا عن الألياف العادية، مما يجعل مزجها أكثر صعوبة، ويفسر سبب عدم شيوع استخدامها.

4. إنتاج أمضاد للكهرباء الساكنة Fأبريكس

دبليوسهولة ارتداء الأقمشة المضادة للكهرباء الساكنة ومتطلبات تصميمها

يجب أن تستوفي المنسوجات المضادة للكهرباء الساكنة معايير الأداء الوظيفي المتعلقة بمقاومة الكهرباء الساكنة، مع الحفاظ على المظهر والمواصفات النموذجية لأقمشة الملابس العادية. تُستخدم هذه المنسوجات عادةً في بيئات تتطلب خصائص مضادة للكهرباء الساكنة، مثل عمليات الفضاء الجوي، أو في صناعات مثل الدفاع، واستخراج النفط، والتعدين، والرعاية الصحية. كما أنها شائعة الاستخدام في الحياة اليومية. لذا، ينبغي أن يُعطى تصميم المنسوجات الأولوية للأقمشة الأكثر كثافة.

طريقة إنتاج الأقمشة المضادة للكهرباء الساكنة

استخدام عملية تصنيع الأقمشة المضادة للكهرباء الساكنة كدراسة حالة لتوضيح عملية تصنيع هذه الأقمشة.

تتضمن عملية إنشاء ألياف الأكريليك الساكنة عادةً تعديل ألياف الأكريليك لتكون مضادة للكهرباء الساكنة من خلال طرق مختلفة مثل معالجة سطح الألياف ومزجها بمواد أو مواد كيميائية أخرى، مثل غزل المواد المركبة وإضافة مواد موصلة للحشو.

1. طريقة معالجة سطح الألياف

عند معالجة الألياف لتقليل تراكم الكهرباء في الطبقة السطحية، فإن ذلك يتضمن عادةً استخدام أملاح معدنية موصلة أو مواد خافضة للتوتر السطحي تُعرف باسم عوامل مضادة للكهرباء الساكنة من خلال طرق مثل رش أو طلاء الألياف وأقمشتها.

2. طريقة تعديل المزج

بإضافة كمية من مادة موصلة، مثل الكربون الأسود أو أكسيد المعدن، إلى ألياف الأكريليك ومزجها مع محلول ألياف الأكريليك، نحصل على ألياف أكريليك مضادة للكهرباء الساكنة تدوم طويلًا. تتميز هذه الألياف المضادة للكهرباء الساكنة بتأثيرها طويل الأمد؛ ومع ذلك، يجب أن يتمتع العامل المضاد للكهرباء الساكنة المضاف بخصائص استقرار حراري محددة وأن يكون متوافقًا مع الألياف أثناء عملية التصنيع.

3. طريقة التعديل الكيميائي للأنطولوجيا

من خلال دمج المونومرات أثناء إنتاج مادة البوليمر المشترك الأكريليكي والمشاركة في تفاعلات البلمرة المشتركة لإنشاء ألياف أكريليك محبة للماء، يتم تعزيز قدرات امتصاص الرطوبة للمنتج النهائي وإضفاء خصائص مضادة للكهرباء الساكنة على ألياف الأكريليك.

4. طريقة الغزل المركب

تتحرك العناصر الموصلة داخل الألياف الموصلة المصنعة بتقنية الغزل المركب بشكل متواصل على طول الألياف، مما يسهل تفريغ الشحنات المتراكمة. تتضمن التكوينات المركبة المختلفة تصميمات ذات طبقة خارجية ولب داخلي، وهياكل دائرية أحادية أو متعددة النقاط، بالإضافة إلى تكوينات شطيرية.

5. طريقة ملء المادة الموصلة

في عملية الغزل، تحتوي الطبقة الأساسية الموصلة على مواد وألياف موصلة لتعزيز التوصيلية، وتضاف هذه المواد عمداً إلى محلول غزل الألياف بشكلtelعن عملية غزل المركب نفسها.

5. اختبار أداء مضادات الأكسدة–المنسوجات الثابتة

معايير الأداء الكهروستاتيكي والمعايير ذات الصلة بالمنسوجات

يشمل اختبار الكهرباء فحص جوانب متعددة، مثل تحديد المصادر المحتملة لمخاطر الكهرباء الساكنة، وتقييم خصائصها في المواد والمنتجات، بالإضافة إلى تقييم حساسية المواد القابلة للاشتعال والانفجار لتأثيرات الكهرباء الساكنة. وتشمل المعايير التي تحكم خصائص المنسوجات إرشادات، مثل سلسلة GB/T 12703 وFZ/T 01059، وغيرها.

طريقة اختبار الخصائص الكهروستاتيكية للمنسوجات

يمكن تقسيم طرق اختبار الشحنة الكهربائية للألياف أو الأقمشة تقريبًا إلى فئتين: التحليل النوعي والتحليل الكمي. يُمكن للتحليل النوعي ملاحظة وجود شرارات التفريغ، والصدمات الكهربائية، وأصوات التفريغ، والتجاذب (التصاق الغبار، والتلوث، والتشابك حول الجسم).

تشمل طرق الاختبار الأساسية ما يلي: طريقة نصف عمر الجهد الساكن، وطريقة جهد الشحن الاحتكاكي، وطريقة كثافة سطح الشحنة، وطريقة الجهد الساكن الديناميكي، وطريقة كمية الشحنة، وطريقة المقاومة.

6. استكشاف قماش BEGOODTEX المقاوم للهب والمضاد للكهرباء الساكنة

تتمتع أقمشة BEGOODTEX بخصائص مضادة للكهرباء الساكنة يتم الحصول عليها باستخدام تقنيات خاصة مصممة خصيصًا للمنسوجات لمنع تراكم الكهرباء الساكنة عن طريق دمج ألياف موصلة أو تطبيق مكافحة ساكنة العلاجاتيساعد هذا النهج في تفريغ الشحنات وتقليل احتمالية حدوث شرارات قد تؤدي إلى اشتعال المواد القابلة للاشتعال أو إتلاف الأجزاء الإلكترونية الحساسة.

أقمشة بيغودتكس المقاومة للهب لا تقتصر خصائصها على كونها مضادة للكهرباء الساكنة فحسب، بل تخضع أيضًا لمعالجة بمواد كيميائية متطورة مقاومة للهب لتلبية لوائح السلامة بفعالية. يتضمن ذلك تطبيق مواد مثبطة للهب تدوم طويلًا على ألياف القطن والأقمشة التي تُنسج منها، مما يضمن الحفاظ على مقاومة الحريق لماtel50 غسلة.

إن خصائص مقاومة اللهب والكهرباء الساكنة في أقمشة BEGOODTEX تجعلها مثالية للاستخدامات مثلملابس العمل الواقية في الصناعات التي تشكل فيها مخاطر الحريق والكهرباء الساكنة مصدر قلق كبير، توفر هذه المنسوجات متعددة الاستخدامات وسائل حماية للعمال وتلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على معايير السلامة في مكان العمل.